JPH10267029A - 動圧流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑流体に大きな負圧力が発生するのを防止
することができる動圧流体軸受装置を提供すること。 【解決手段】 スリーブ部材２と、スリーブ部材２に対
して相対的に回転自在である軸部材４と、軸部材４とス
リーブ部材２との間の間隙に充填された潤滑流体とを備
え、スリーブ部材２の内周面２ａおよび軸部材４の外周
面のいずれか一方には、対向する周面との間隔が大きい
リセス部１０と対向する周面との間隔が小さいスライダ
部１２が交互に配設されている動圧流体軸受装置。スリ
ーブ部材２に対する軸部材４の相対的回転方向に見てス
ライダ部１２の下流端とリセス部１０の上流端との境界
部位に、軸部材４の軸線方向に延びる分離溝１８が形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸部材とスリーブ
部材との間に充填される潤滑流体を介して軸部材を回転
自在に支持する動圧流体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、所定方向に回転される軸部材
を回転自在に支持する軸受装置として、スリーブ部材
と、このスリーブ部材に対して相対的に回転自在に支持
された軸部材と、スリーブ部材と軸部材との間の間隙に
充填された潤滑流体を備えた動圧流体軸受装置が実用に
供されている。そして、この動圧流体軸受装置の一例と
して、スリーブ部材の内周面（または軸部材の外周面）
にリセス部とスライダ部とが交互に配設されたものが知
られている。リセス部では、スリーブ部材の内周面と軸
部材の外周面との間隔は大きく、スライダ部では、スリ
ーブ部材の内周面と軸部材の外周面との間隔は小さくな
っている。このような動圧流体軸受装置においてスリー
ブ部材に対して軸部材を所定方向に回転させると、リセ
ス部領域に存在する潤滑流体が流動してスライダ部領域
に流れ、これによってスライダ部領域における潤滑流体
の流体圧力が高められ、圧力の高められた潤滑流体を介
して軸部材が回転自在に支持される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た軸受装置においては、次のとおりの解決すべき問題が
存在する。スリーブ部材に対して軸部材が相対的に回転
すると、スライダ部領域にて潤滑流体の圧力が高められ
るが、スライダ部領域の潤滑流体がリセス部領域に流動
すると、潤滑流体の圧力がリセス部領域にて開放され、
潤滑流体の圧力開放によって負圧力が発生するおそれが
ある。負圧力領域が発生すると、潤滑流体の油膜破断が
生じ易くなり、また軸受装置のラジアル剛性が低下し、
その結果、非再現性ランアウト（ＮＲＲＯ）が大きくな
り、また耐衝撃、耐振動性特性が低下する。

【０００４】本発明の目的は、潤滑流体に大きな負圧力
が発生するのを防止することができる動圧流体軸受装置
を提供することである。

【０００５】本発明の他の目的は、ラジアル剛性を大き
くすることができる動圧流体軸受装置を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、スリーブ部材
と、該スリーブ部材に対して相対的に回転自在である軸
部材と、該軸部材と該スリーブ部材との間の間隙に充填
された潤滑流体とを備え、前記スリーブ部材の内周面お
よび軸部材の外周面のいずれか一方には、対向する周面
との間隔が大きい大間隙部と対向する周面との間隔が小
さい小間隙部が交互に配設されている動圧流体軸受装置
であって、前記スリーブ部材に対する軸部材の相対的回
転方向に見て前記小間隙部の下流端と前記大間隙部の上
流端との境界部位に、該境界部位に潤滑流体を案内して
負圧発生を抑制する分離溝が軸部材の軸線方向に形成さ
れていることを特徴とする動圧流体軸受装置である。本
発明に従えば、動圧流体軸受装置の小間隙部の下流端と
大間隙部の上流端との上記境界部位に、軸部材の軸線方
向に延びる分離溝が設けられている。小間隙部と大間隙
部との境界部位では、小間隙部から大間隙部に流動する
際に、潤滑流体の圧力が開放される故に、潤滑流体に負
圧力が生じ易くなるが、上記分離溝によって負圧力の発
生が抑えられる。すなわち、分離溝を設けることによっ
て、この分離溝を通して周囲から上記境界部位への潤滑
流体の流れが許容され、したがって、上記境界部位に負
圧力が発生しようとすると、周囲の潤滑流体が上記分離
溝を通して上記境界部位に流入するようになり、これに
よって負圧力の発生が抑えられる。

【０００７】また本発明は、スリーブ部材と、該スリー
ブ部材に対して相対的に回転自在である軸部材と、該軸
部材と該スリーブ部材との間の間隙に充填された潤滑流
体とを備えた動圧流体軸受装置において、前記スリーブ
部材の内周面には、前記軸部材の外周面との間隔が大き
い大間隙部と、前記外周面との間隔が小さい小間隙部が
交互に配設され、前記大間隙部は、前記スリーブ部材に
対する軸部材の相対的回転方向に見て前記大間隙部の上
流端から下流端に向けて前記軸部材の外周面に近接する
方向にテーパ状に延びていることを特徴とする動圧流体
軸受装置である。本発明に従えば、スリーブ部材の内周
面に設けられた大間隙部は、上記相対的回転方向に見て
大間隙部の上流端から下流端に向けて軸部材の外周面に
近接する方向にテーパ状に延びている。したがって、大
間隙部に存在する潤滑流体は、スリーブ部材に対する軸
部材の相対的回転によってテーパ面に沿ってスムースに
小間隙部に流動し、これによって小間隙部領域における
潤滑流体の圧力が高められ、その結果、動圧流体軸受装
置のラジアル剛性が高くなる。また、軸部材との間隔が
小さくほぼ一様な小間隙部領域を設けることによって流
出端での圧力の低下を防ぎ、隙間内の発生圧力を高く保
つことができるので、これによってもラジアル剛性を高
めることができる。

【０００８】さらに本発明は、スリーブ部材と、該スリ
ーブ部材に対して相対的に回転自在である軸部材と、該
軸部材と該スリーブ部材との間の間隙に充填された潤滑
流体とを備えた動圧流体軸受装置において、前記軸部材
の外周面には、前記スリーブ部材の内周面との間隔が大
きい大間隙部と、前記内周面との間隔が小さい小間隙部
が交互に配設され、前記大間隙部は、前記スリーブ部材
に対する軸部材の相対的回転方向に見て前記大間隙部の
下流端から上流端に向けて前記スリーブ部材の内周面に
近接する方向にテーパ状に延びていることを特徴とする
動圧流体軸受装置である。本発明に従えば、軸部材の外
周面に設けられた大間隙部は、上記相対的回転方向に見
て大間隙部の下流端から上流端に向けてスリーブ部材の
内周面に近接する方向にテーパ状に延びている。したが
って、大間隙部に存在する潤滑流体は、スリーブ部材に
対する軸部材の相対的回転によってテーパ面に沿ってス
ムースに小間隙部に流動し、これによって小間隙部領域
における潤滑流体の圧力が高められ、その結果、動圧流
体軸受装置のラジアル剛性が高くなる。また、スリーブ
部材との間隔が小さくほぼ一様な小間隙部領域を設ける
ことによって流出端での圧力の低下を防ぎ、隙間内の発
生圧力を高く保つことができるので、これによってもラ
ジアル剛性を高めることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に従う動圧流体軸受装置の実施形態について説明す
る。図１は、本発明に従う動圧流体軸受装置の第１の実
施形態を拡大して示す拡大断面図である。

【００１０】図１において、図示の動圧流体軸受装置
は、スリーブ部材２と、このスリーブ部材２に対して相
対的に回転自在である軸部材４とを備え、スリーブ部材
２と軸部材４との間に規定される間隙に、潤滑油である
潤滑流体（図示せず）が充填される。この実施形態で
は、図１に示すとおり、スリーブ部材２の内周面２ａ
に、その軸線方向（図１において上下方向）に間隔をお
いて一対の動圧軸受部６，８が設けられている。動圧軸
受部６，８は実質上同一の構成であり、以下その片方の
動圧軸受部６（８）について説明する。

【００１１】動圧軸受部６（８）は、スリーブ部材２の
内周面２ａから半径方向内方に幾分突出しており、この
突出する動圧軸受部６（８）に大間隙部としてのリセス
部１０と小間隙部としてのスライダ部１２とが、周方向
に交互に配設されている。一方、軸部材４は外形が円筒
状であり、その一端から他端まで実質上同一形状に形成
されている。図１におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図で
ある図２と、スリーブ部材２と軸部材４との間隙の展開
図である図３をも参照して、図示の形態では、リセス部
１０およびスライダ部１２は、それぞれ、周方向に３個
設けられており、このように３個のリセス部１０および
スライダ部１２を設けることによって、構造が比較的簡
単になるとともに、軸受装置のラジアル剛性が等方性と
なり、軸部材２を確実に支持することができる。なお、
リセス部１０およびスライダ部１２は、周方向に２個、
または４個以上交互に配設することもできる。

【００１２】スライダ部１２は、スリーブ部材２の内周
面２ａから軸部材４の外周面に向けて幾分大きく突出し
ており、このスライダ部領域（スライダ部１２が位置す
る領域であって、図２および図３において領域Ｂ０で示
す領域）においては、スライダ部１２の周面と軸部材４
の外周面との間隔ｈ０（図３）は小さく、たとえば６μ
ｍ程度に設定される。スライダ部１２の周面は、相互に
協働して円筒状の支持面を規定し、これらの支持面が潤
滑流体を介して軸部材４を回転自在に支持する。

【００１３】また、リセス部１０は、スリーブ部材２の
内周面２ａから軸部材４の外周面に向けて小さく突出
し、その突出量はスライダ部１２よりも小さく、隣接す
るスライダ部１２間に凹部を規定する。リセス部領域
（リセス部１０が位置する領域であって、図２および図
３において領域Ｂ１で示す領域）においては、リセス部
１０の周面と軸部材４の外周面との間隔ｈ１（図３）は
大きく、たとえば１５μｍ程度に設定される。これらリ
セス部１０は潤滑流体の溜部として作用する。

【００１４】この動圧流体軸受装置においては、軸部材
４は、スリーブ部材２に対して相対的に矢印１４で示す
方向に回転駆動される。すなわち、スリーブ部材２が固
定される場合には、軸部材４が矢印１４で示す方向に回
転駆動され、軸部材４が固定される場合には、スリーブ
部材２が矢印１４で示す方向と反対方向に回転駆動され
る。軸部材４がこのように相対的に回転すると、スリー
ブ部材２と軸部材４との間に介在された潤滑流体は、軸
部材２のこの相対的回動によって、スリーブ部材２に対
して矢印１６で示す方向に流動する。したがって、リセ
ス部領域Ｂ１に存在する潤滑流体は、矢印１６で示す方
向にスライダ部領域Ｂ０に向けて流動し、スライダ部領
域Ｂ０において潤滑流体の圧力が高められ、圧力が高め
られた潤滑流体を介して軸部材４を回転自在に支持す
る。

【００１５】この軸受装置においては、さらに、矢印１
４で示す軸部材４の相対的回転方向に見て、スライダ部
１２の下流端とリセス部１０の上流端との境界部位に、
分離溝１８（図３においては省略している）が設けられ
ている。分離溝１８は、動圧軸受部６（８）を分割する
作用を有し、これら分割溝１８によって、動圧軸受部６
（８）は周方向に３分割され、分割された各部分は１個
のリセス部１０と１個のスライダ部１２から構成され
る。分割溝１８は、図１に示すとおり、動圧軸受部６
（８）を実質上貫通してスリーブ部材２の軸線方向（こ
の軸線方向は、軸部材４の軸線方向と一致する）に延
び、その両端は動圧軸受部６（８）の両側に存在する間
隙（スリーブ部材２の内周面２ａと軸部材４の外周面と
の間に規定される比較的大きい間隙）に連通している。

【００１６】各分割溝１８の周方向の幅Ｗ（図２）は、
周方向の角度が２〜１５度程度に設定され、好ましくは
３〜５度程度に設定される。この分割溝１８の周方向の
幅Ｗを大きくした場合には、スライダ部１２の周方向の
長さが小さくなり、したがって軸受装置のラジアル剛性
が低下するおそれがある。一方、分割溝１８の周方向の
幅Ｗを小さくした場合には、分割溝１８を通る潤滑流体
の流れが制限され、上記境界領域に後述する如く負圧力
が発生するおそれがある。また、各分割溝１８の深さＨ
（図２）は、３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上に
設定される。分割溝１８の深さＨを小さくした場合に
は、潤滑流体が流れる間隙の断面積が小さくなって充分
な潤滑流体の流れが許容されず、上記境界領域に負圧力
が発生するおそれがある。

【００１７】このような動圧流体軸受装置においては、
軸部材４の相対的回転によって、潤滑流体がスライダ部
領域Ｂ０からリセス部領域Ｂ１に流動すると、リセス部
領域Ｂ１に流動する際に、スライダ部１２において高め
られた潤滑流体の圧力が開放されてその圧力が著しく低
下し、スライダ部１２とリセス部１０との境界部位にて
潤滑流体に負圧力が発生する。このような負圧力が発生
すると、潤滑流体の油膜が破断され、膜状態が不安定と
なり、非再現性ランアウト、ラジアル剛性の低下の原因
となる。これに対して、図示の形態の軸受装置のように
分離溝１８を設けた場合には、上記境界部位にて負圧力
が発生すると、動圧軸受部６（８）の両側に存在する潤
滑流体が分離溝１８を通って上記境界部位に向けて流入
し、かかる潤滑流体の流入によって負圧力の発生が抑え
られ、動圧流体軸受装置は、分割溝１８によって実質上
３つの独立した部分軸受（１個のリセス部１０と１個の
スライダ部１２からなる部分軸受）に分割されたとみな
され、これら３つの独立した部分軸受によって軸部材４
を回転自在に支持する。

【００１８】上記動圧流体軸受装置は、たとえば、ＤＣ
モータなどの電動モータのロータを回転自在に支持する
軸受装置として好都合に用いることができる。そして、
軸回転型のモータに適用する場合には、上記軸部材４が
ロータ（図示せず）に固定され、上記スリーブ部材２が
ハウジングなどの静止部材（図示せず）に固定される。
また、軸固定型のモータに適用する場合には、上記軸部
材４が静止部材に固定され、上記スリーブ部材２がロー
タに固定される。

【００１９】上述した第１の形態の動圧流体軸受装置に
おける分離溝１８の効果を、解析モデルを用いた数値解
析によって確認した。動圧流体軸受装置の静的な特性
は、ダイバージェンス・フォーミュレーション（ＤＦ）
法と差分法とに基づき非圧縮性レイノルズ方程式を離散
化し、数値解析を行った。また、動特性は、静的平衡点
からのジャーナルの運動パラメータで摂動した非圧縮性
レイノルズ方程式を解いて求めた。数値解析するに際し
て、動圧軸受部６（８）の軸線方向両端における潤滑流
体の圧力は大気圧となり、潤滑流体の円周方向の圧力は
周期的になるという境界条件で行った。また、数値解析
においては、分離溝の周方向の幅を３度と設定し、各分
離溝にあっては周方向に３等分し、各リセス部にあって
は周方向に９等分し、また各スライダ部１２にあっては
周方向に１２等分に分割して求めた。さらに、軸線方向
には、これらを１０不等分割して求めた。

【００２０】この数値解析の結果を図４（ａ）、（ｂ）
および（ｃ）に示す。図４（ａ）は分割溝の深さが１０
μｍである場合の、図４（ｂ）は分割溝の深さが３０μ
ｍである場合の、また図４（ｃ）は分割溝の深さが５０
μｍである場合の解析結果を示す。この解析結果から、
分離溝の深さが増加するにしたがって、負圧力が生じる
周方向の範囲が狭く、またその大きさも小さくなる一
方、正圧力が生じる周方向範囲が大きくなることが理解
される。さらに、分離溝の深さが３０μｍ以上になる
と、負圧力が生じる範囲が非常に狭く、負圧力の大きさ
も非常に小さくなり、分離溝の深さが５０μｍ以上にな
ると、負圧力の大きさもほとんど零（ゼロ）になること
が理解される。なお、図４（ａ）〜（ｃ）における矢印
は、軸部材の回転方向を示している。

【００２１】図５は、第１の実施形態の動圧流体軸受装
置において、分割溝が動圧流体軸受装置のラジアル剛性
Ｋｒｒおよび接線方向剛性Ｋｔｒに与える影響を示して
いる。なお、図５も、上記数値解析による結果である。
ラジアル剛性Ｋｒｒとは、軸部材にラジアル方向の負荷
が作用したときにラジアル方向に反作用として作用する
単位変位あたりの力であり、このこのラジアル剛性Ｋｒ
ｒが大きいと軸部材の半径方向の変位が小さくなる。ま
た、接線方向剛性Ｋｔｒとは、軸部材にラジアル方向の
負荷が作用したときに接線方向に生じる力であり、この
接線方向剛性Ｋｔｒが大きくなると軸部材の不安定スロ
ールが発生し易くなる。

【００２２】図５から理解されるとおり、分離溝の深さ
が大きくなるにしたがってラジアル剛性Ｋｒｒが急激に
大きくなる一方、接線方向剛性Ｋｔｒが急激に小さくな
る。そして、分割溝の深さが５０μｍ以上になるとラジ
アル剛性Ｋｒｒおよび接線方向剛性Ｋｔｒがそれぞれ実
質上一定の値となり、この分割溝の深さが３０μｍ以上
になると上記一定値に近い値となり、動圧流体軸受装置
として充分なラジアル剛性Ｋｒｒおよび接線方向剛性Ｋ
ｔｒとなる。

【００２３】このような分離溝は、図６および図７に示
す形態の動圧流体軸受装置にも適用することができる。
図１〜図３の動圧流体軸受装置においては、リセス部１
０とスライダ部１２との接続部（境界部位）はステップ
状、換言すると段状に形成されているが、図６および図
７の動圧流体軸受装置においてはテーパ状に形成されて
いる。

【００２４】動圧流体軸受装置の第２の実施形態を示す
図６および図７において、この軸受装置も、スリーブ部
材３２とこのスリーブ部材３２に対して相対的に回転自
在である軸部材３４とから構成され、スリーブ部材３２
の内周面に、軸線方向に間隔を置いて一対の動圧軸受部
（図６において、片方の動圧軸受部のみを断面で示して
いる）が設けられている。スリーブ部材３２の動圧軸受
部には、リセス部３６とスライダ部３８とが交互に３個
づつ配設されている。この実施形態では、リセス部領域
（リセス部３６が位置する領域）においては、軸部材３
４の外周面との間隔が大きく、リセス部３６における、
矢印４０で示す軸部材３４の回転方向に見て上流端から
下流端に向けて軸部材３４の外周面に近接する方向にテ
ーパ状に延びている。また、スライダ部領域（スライダ
部３８が位置する領域）においては、軸部材３４の外周
面との間隔が小さく、スライダ部３８における、矢印４
０で示す軸部材３４の回転方向に見て上流端から下流端
に向けて軸部材３４の外周面に近接する方向にテーパ状
に延びている。さらに、リセス部３６とスライダ部３８
との接続部（境界部位）においては、リセス部３６から
スライダ部３８に向けてテーパ状に接続されている。し
たがって、この実施形態では、矢印４０で示す回転方向
に見て、リセス部３６の上流端からスライダ部３８のス
ライダ部３８の下流端まで実質上連続したテーパ面を規
定している。

【００２５】このような動圧流体軸受装置においても、
上述したと同様の分離溝４２が設けられる（図７におい
ては、分離溝を省略して示す）。すなわち、分離溝４２
は、図６に示すように、矢印４０で示す回転方向に見
て、スライダ部３８の下流端とリセス部３６の上流端と
の境界部位に設けられる。この分離溝４２は、上述した
と同様の周方向の幅および深さを有するのが望ましい。
そして、このように分離溝４２を設けることによって、
第１の実施形態と同様の効果を、第２の実施形態の動圧
流体軸受装置においても得ることができ、負圧力の発生
を抑えることができるとともに、ラジアル剛性および接
線方向剛性の特性を向上させることができる。

【００２６】上述した第１および第２の実施形態では、
動圧軸受部６（８）（すなわち、リセス部１０，３６お
よびスライダ部１２，３８）をスリーブ部材２，３２の
内周面２ａに設けているが、これに代えて、スリーブ部
材２，３２に対向する軸部材４，３４の外周面に設ける
こともでき、この場合にも、上述した動圧軸受装置と同
様に作用する。

【００２７】図８および図９は、本発明に従う動圧流体
軸受装置の第３の実施形態を示している。図８および図
９において、この軸受装置も、スリーブ部材５２とこの
スリーブ部材５２に対して相対的に回転自在である軸部
材５４とから構成され、スリーブ部材５２の内周面に、
軸線方向に間隔を置いて一対の動圧軸受部（図８におい
て、片方の動圧軸受部のみを断面で示している）が設け
られている。スリーブ部材５２の動圧軸受部には、リセ
ス部５６とスライダ部５８とが交互に３個づつ配設され
ている。この実施形態では、リセス部領域Ｂ１（リセス
部３６が位置する領域）においては、軸部材５４の外周
面との間隔が大きく、リセス部５６における、矢印６０
で示す軸部材５４の回転方向に見て上流端から下流端に
向けて軸部材５４の外周面に近接する方向にテーパ状に
延びている。また、スライダ部領域Ｂ０（スライダ部３
８が位置する領域）においては、軸部材５４の外周面と
の間隔が小さく、矢印４０で示す軸部材３４の回転方向
に見て上流端から下流端まで円弧状に延び、スライダ部
５８の周面と軸部材５４の外周面との間隔は一定になっ
ている。第３の実施形態でも、リセス部５６およびスラ
イダ部５８は、それぞれ、周方向に３個設けられてお
り、このように３個のリセス部５６およびスライダ部５
８を設けることによって、構造が比較的簡単になるとと
もに、軸受装置のラジアル剛性が等方性となり、軸部材
５４を確実に支持することができる。なお、リセス部５
６およびスライダ部５８は、周方向に２個、または４個
以上交互に配設することもできる。

【００２８】この動圧流体軸受装置においては、軸部材
５４は、スリーブ部材５２に対して相対的に矢印６０で
示す方向に回転される。軸部材５４がこのように相対的
に回転すると、スリーブ部材５２と軸部材５４との間に
介在された潤滑流体は、軸部材５２のこの相対的回動に
よって、スリーブ部材５２に対して矢印６２で示す方向
に流動する。したがって、リセス部領域Ｂ１に存在する
潤滑流体は、矢印６２で示す方向にそのテーパ面に沿っ
てスライダ部領域Ｂ０に向けて流動し、このテーパ面に
沿って流動する際にその流体圧力が上昇される。そし
て、圧力が上昇した潤滑流体がスライダ部領域Ｂ０に流
入し、軸部材５４は、圧力が高められた潤滑流体を介し
てスライダ部領域Ｂ０にて回転自在に支持される。

【００２９】この形態の軸受装置では、リセス部５６に
テーパ面が形成されているので、スライダ部５８に流動
する潤滑流体は、リセス部５６のテーパ面に沿ってスム
ースに移動し、この移動の間にその圧力が充分に高めら
れる。それ故に、圧力が高められた潤滑流体がスライダ
部５８に流れ、動圧流体軸受装置として充分なラジアル
剛性が得られる。また、図６、図７に示したテーパのみ
の軸受形式に比べて、間隔一定のスライダ部を設けるこ
とによって流出端の流れ抵抗を高めることができるの
で、テーパ面で高められた圧力の領域を広くすることが
でき、これによってもラジアル剛性を高めることができ
る。

【００３０】この第３の形態の軸受装置においても、上
述したと同様に、矢印６０で示す軸部材５４の相対的回
転方向に見て、スライダ部５８の下流端とリセス部５６
の上流端との境界部位に、上述したと同様にして分離溝
６４（図９においては省略している）を設けることがで
きる。分離溝６４は、動圧軸受部を周方向に３分割し、
分割された各部分は１個のリセス部５６と１個のスライ
ダ部５８から構成される。各分割溝６４の周方向の幅Ｗ
は、周方向の角度が２〜１５度程度に設定され、好まし
くは３〜５度程度に設定される。また、各分割溝１８の
深さＨは、３０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上に設
定される。このように分離溝６４を設けることによっ
て、上述したとおり、潤滑流体に負圧力が発生すること
が抑えられ、またラジアル剛性も高められる。

【００３１】上述した第３の形態の動圧流体軸受装置に
おける特性向上の最適範囲を、数値解析によって求め
た。動的および静的な特性は、上述したと同様の方程式
を用いて求めた。この数値解析に際して、軸部材の直径
を４ｍｍと、動圧軸受部の軸線方向の幅を３ｍｍと、ス
ライダ部の周面と軸部材の外周面との間隔ｈ０（図９）
を６．０μｍと、回転速度を７２００ｒｐｍと、軸部材
の偏心率を０．０と、また潤滑流体の油粘性係数を３６
ｃｐとした。また、分割溝の周方向の幅Ｗを３度とし
た。さらに、数値計算では、各分離溝にあっては周方向
に１等分割数とし、各リセス部にあっては周方向に１１
等分し、また各スライダ部にあっては周方向に１２等分
に分割した。また、軸線方向には、これらを１０不等分
割した。境界条件としては、動圧軸受部の両端の動圧流
体の圧力を大気圧とし、周方向では、分離溝における潤
滑流体の圧力を大気圧として求めた。

【００３２】間隔比（リセス部と軸部材の外周面との間
隔のうち最も大きい間隔ｈ１と、リセス部と軸部材の外
周面との間隔のうち最も小さい間隔ｈ０との比（ｈ１／
ｈ０））および長さ比（リセス部の周方向の長さｂ１と
スライダ部の周方向の長さｂ０との比（ｂ１／ｂ０））
と、ラジアル剛性・トルク比との関係の数値解析結果
を、図１０に示す。この数値解析結果から、リセス部の
周方向の長さｂ１とスライダ部の周方向の長さｂ０との
長さ比（ｂ１／ｂ０）が４．３〜５．３の範囲であると
きに、大きなラジアル剛性・トルク比が得られる。さら
に、上記長さ比（ｂ１／ｂ０）において、リセス部と軸
部材の外周面との間隔のうち最も大きい間隔ｈ１と、リ
セス部と軸部材の外周面との間隔のうち最も小さい間隔
ｈ０との間隔比（ｈ１／ｈ０）が２．５〜２．７である
ときに一層大きなラジアル剛性・トルク比が得られる。
特に注目すべきことは、この最適設計の条件下における
ラジアル剛性・トルク比が、従来一般に使用されている
ヘリングボーン動圧軸受の最適設計条件のラジアル剛性
・トルク比より大きな値を持つことである。

【００３３】第３の実施形態の軸受装置においては、ス
リーブ部材の内周面に動圧軸受部（すなわちリセス部５
６およびスライダ部５８）を設けているが、これとは反
対に、軸部材５４の外周面に動圧軸受部を設けるように
してもよい。かかる場合には、図示していないが、リセ
ス部領域においては、スリーブ部材の内周面との間隔が
大きく、リセス部における、軸部材の回転方向に見て下
流端から上流端に向けてスリーブ部材の内周面に近接す
る方向にテーパ状に延びる。また、スライダ部領域にお
いては、スリーブ部材の内周面との間隔が小さく、軸部
材の回転方向に見て上流端から下流端まで円弧状に延
び、スライダ部の周面とスリーブ部材の内周面との間隔
は一定になっている。また、この場合においては、分離
溝は、軸部材の相対的回転方向に見て、スライダ部の上
流端とリセス部の下流端との境界領域に設けられる。こ
のような動圧流体軸受装置でも、第３の形態のものと実
質上同様の効果が達成される。

【００３４】

【発明の効果】本発明の請求項１の動圧流体軸受装置に
よれば、動圧流体軸受装置の小間隙部の下流端と大間隙
部の上流端との上記境界部位に、軸部材の軸線方向に延
びる分離溝が設けられている。小間隙部と大間隙部との
境界部位では、小間隙部から大間隙部に流動する際に、
潤滑流体の圧力が開放される故に、潤滑流体に負圧力が
生じ易くなるが、上記分離溝によって負圧力の発生が抑
えられる。すなわち、分離溝を設けることによって、こ
の分離溝を通して周囲から上記境界部位への潤滑流体の
流れが許容され、したがって、上記境界部位に負圧力が
発生しようとすると、周囲の潤滑流体が上記分離溝を通
して上記境界部位に流入するようになり、これによって
負圧力の発生が抑えられる。

【００３５】また本発明の請求項２の動圧流体軸受装置
によれば、分離溝の深さが３０μｍ以上であるので、潤
滑流体に生じる負圧力が著しく抑えられ、潤滑流体の膜
状態が安定するとともに、ラジアル剛性も高くなる。

【００３６】また本発明の請求項３の動圧流体軸受装置
によれば、分離溝の深さが５０μｍ以上であるので、潤
滑流体に生じる負圧力がほぼ零となり、潤滑流体の膜状
態が一層安定するとともに、ラジアル剛性も一層向上す
る。

【００３７】また本発明の請求項４の動圧流体軸受装置
によれば、分離溝の幅は周方向角度が２〜１５度である
ので、充分なラジアル剛性を確保しながら潤滑流体のた
めの溝を形成することができる。

【００３８】また本発明の請求項５の動圧流体軸受装置
によれば、大間隙部と小間隙部とがステップ状はたはテ
ーパ状に接続されており、このような動圧流体軸受装置
に好都合に適用することができる。

【００３９】また本発明の請求項６の動圧流体軸受装置
によれば、スリーブ部材の内周面に設けられた大間隙部
は、上記相対的回転方向に見て大間隙部の上流端から下
流端に向けて軸部材の外周面に近接する方向にテーパ状
に延びている。したがって、大間隙部に存在する潤滑流
体は、スリーブ部材に対する軸部材の相対的回転によっ
てテーパ面に沿ってスムースに小間隙部に流動し、これ
によって小間隙部領域における潤滑流体の圧力が高めら
れ、その結果、動圧流体軸受装置のラジアル剛性が高く
なる。また、軸部材との間隔が小さくほぼ一様な小間隙
部領域を設けることによって流出端での圧力の低下を防
ぎ、隙間内の発生圧力を高く保つことができるので、こ
れによってもラジアル剛性を高めることができる。

【００４０】また本発明の請求項７の動圧流体軸受装置
によれば、軸部材の外周面に設けられた大間隙部は、上
記相対的回転方向に見て大間隙部の下流端から上流端に
向けてスリーブ部材の内周面に近接する方向にテーパ状
に延びている。したがって、大間隙部に存在する潤滑流
体は、スリーブ部材に対する軸部材の相対的回転によっ
てテーパ面に沿ってスムースに小間隙部に流動し、これ
によって小間隙部領域における潤滑流体の圧力が高めら
れ、その結果、動圧流体軸受装置のラジアル剛性が高く
なる。また、スリーブ部材との間隔が小さくほぼ一様な
小間隙部領域を設けることによって流出端での圧力の低
下を防ぎ、隙間内の発生圧力を高く保つことができるの
で、これによってもラジアル剛性を高めることができ
る。

【００４１】また、本発明の請求項８の動圧流体軸受装
置によれば、大間隙部の周方向の長さｂ１と、小間隙部
の周方向の長さｂ０との比（ｂ１／ｂ０）が４．３〜
５．３に設定されるので、大きいラジアル剛性・トルク
比を得ることができる。

【００４２】さらに本発明の請求項９の動圧流体軸受装
置によれば、前記大間隙部における対向する周面との間
隔が最も広い部位の間隔ｈ１と、上記対向する周面との
間隔が最も狭い部位の間隔ｈ０との比（ｈ１／ｈ０）
は、２．５〜２．７に設定されるので、一層大きいラジ
アル剛性・トルク比を得ることができる。

【００４３】さらに本発明の請求項１０の動圧流体軸受
装置によれば、小間隙部は相対する周面との間隔が一様
になるように形成されているので、隙間内の発生圧力を
高く保つことができ、これによってラジアル剛性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う動圧流体軸受装置の第１の実施形
態を拡大して示す断面図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線による簡略断面図で
ある。

【図３】図１の軸受装置におけるリセス部領域およびス
ライダ領域を展開して示す展開図である。

【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１の軸受
装置において、分離溝の深さと潤滑流体に生じる圧力と
の関係を示す図である。

【図５】図１の軸受装置において、分離溝の深さとラジ
アル剛性および接線方向剛性との関係を示す図である。

【図６】本発明に従う動圧流体軸受装置の第２の実施形
態における動圧軸受部を簡略的に示す、図２に対応する
断面図である。

【図７】図６の軸受装置におけるリセス部領域およびス
ライダ領域を展開して示す展開図である。

【図８】本発明に従う動圧流体軸受装置の第３の実施形
態における動圧軸受部を簡略的に示す、図２に対応する
断面図である。

【図９】図８の軸受装置におけるリセス部領域およびス
ライダ領域を展開して示す展開図である。

【図１０】図８の軸受装置において、長さ比および間隔
比とラジアル剛性・トルク比との関係を示す図である。

【符号の説明】 ２，３２，５２ スリーブ部材 ４，３４，５４ 軸部材 ６，８ 動圧軸受部 １０，３６，５６ リセス部（大間隙部） １２，３８，５８ スライダ部（小間隙部） １８，４２，６４ 分離溝 Ｂ０ スライダ部領域 Ｂ１ リセス部領域

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブ部材と、該スリーブ部材に対し
   て相対的に回転自在である軸部材と、該軸部材と該スリ
   ーブ部材との間の間隙に充填された潤滑流体とを備え、
   前記スリーブ部材の内周面および軸部材の外周面のいず
   れか一方には、対向する周面との間隔が大きい大間隙部
   と対向する周面との間隔が小さい小間隙部が交互に配設
   されている動圧流体軸受装置であって、 前記スリーブ部材に対する軸部材の相対的回転方向に見
   て前記小間隙部の下流端と前記大間隙部の上流端との境
   界部位に、該境界部位に潤滑流体を案内して負圧発生を
   抑制する分離溝が軸部材の軸線方向に形成されているこ
   とを特徴とする動圧流体軸受装置。
2. 【請求項２】 前記分離溝の深さは３０μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受装置。
3. 【請求項３】 前記分離溝の深さは５０μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項２記載の動圧流体軸受装置。
4. 【請求項４】 前記分離溝の幅は、周方向角度が２〜１
   ５度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の動圧流体軸受装置。
5. 【請求項５】 前記大間隙部と前記小間隙部とは、階段
   状またはテーパ状に接続されていることを特徴とする請
   求項１〜４のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。
6. 【請求項６】 スリーブ部材と、該スリーブ部材に対し
   て相対的に回転自在である軸部材と、該軸部材と該スリ
   ーブ部材との間の間隙に充填された潤滑流体とを備えた
   動圧流体軸受装置において、 前記スリーブ部材の内周面には、前記軸部材の外周面と
   の間隔が大きい大間隙部と、前記外周面との間隔が小さ
   い小間隙部が交互に配設され、前記大間隙部は、前記ス
   リーブ部材に対する軸部材の相対的回転方向に見て前記
   大間隙部の上流端から下流端に向けて、前記軸部材の外
   周面に近接する方向にテーパ状に延びていることを特徴
   とする動圧流体軸受装置。
7. 【請求項７】 スリーブ部材と、該スリーブ部材に対し
   て相対的に回転自在である軸部材と、該軸部材と該スリ
   ーブ部材との間の間隙に充填された潤滑流体とを備えた
   動圧流体軸受装置において、 前記軸部材の外周面には、前記スリーブ部材の内周面と
   の間隔が大きい大間隙部と、前記内周面との間隔が小さ
   い小間隙部が交互に配設され、前記大間隙部は、前記ス
   リーブ部材に対する軸部材の相対的回転方向に見て前記
   大間隙部の下流端から上流端に向けて前記スリーブ部材
   の内周面に近接する方向にテーパ状に延びていることを
   特徴とする動圧流体軸受装置。
8. 【請求項８】 前記大間隙部の周方向の長さｂ１と、前
   記小間隙部の周方向の長さｂ０との比（ｂ１／ｂ０）
   は、４．３〜５．３であることを特徴とする請求項６ま
   たは７記載の動圧流体軸受装置。
9. 【請求項９】 前記大間隙部における対向する周面との
   間隔が最も広い部位の間隔ｈ１と、上記対向する周面と
   の間隔が最も狭い部位の間隔ｈ０との比（ｈ１／ｈ０）
   は、２．５〜２．７であることを特徴とする請求項８記
   載の動圧流体軸受装置。
10. 【請求項１０】 前記小間隙部は、相対する周面との間
    隔が周方向一様になるよう形成されている請求項６〜８
    のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。